CN1243279C

CN1243279C - 滤光片制造方法、有该滤光片的光通量光阑装置和照相机

Info

Publication number: CN1243279C
Application number: CN03150007.2A
Authority: CN
Inventors: 柳道男; 石井史江; 内山真志; 若林孝幸
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: CN1479156A; US6952314B2; US20040021967A1

Abstract

本发明公开了带有如下这样构成的渐变浓度分布的ND滤光片的制造方法以及ND滤光片乃至于带有这些ND滤光片的光通量光阑装置以及带有该光通量光阑装置的照相机。一种ND滤光片的制造方法，该ND滤光片在一个基板上至少带有2种类型的膜，包括步骤：边整体地与上述基板一起旋转缝隙型掩模，边成膜带有渐变厚度分布的至少一膜层的步骤；不使用带有渐变厚度分布至少一膜层的上述缝隙型掩模，成膜最表面层的膜层的步骤。

Description

滤光片制造方法、有该滤光片的光通量光阑装置和照相机

技术领域

本发明涉及ND滤光片的制造方法、ND滤光片以及带有该ND滤光片的光通量光阑装置和照相机。特别涉及适用于视频摄像机或者静态视频摄像机等的摄影光学系统的ND滤光片的制造方法、ND滤光片以及带有该ND滤光片的光通量光阑装置和照相机。

背景技术

为了控制入射到银盐胶片或者CCD等固体摄像元件的光通量，通常要在摄影光学系统的光路中设置光通量光阑装置，形成在被摄视场很亮时可以更小地减少进入的光通量的结构。

如果摄取晴朗时或者高亮度的被摄视场，通常需要减小光阑，因而也容易受到光阑的摆动现象或者光的衍射的影响，产生成像性能的劣化。作为其对策，人们研究了在光阑叶片上安装胶片状的ND(中性密度)滤光片，使之在被摄视场的亮度均一时也可以增大光阑的开口。

近年来，随着摄像元件的灵敏度的提高，已经能够加重上述ND滤光片的浓度，进一步降低光的透射率，使之在被摄视场的亮度均一时也可以增大光阑的开口。但是，如果这样加重ND滤光片的浓度，则在如图37所示那样的状态下，通过ND滤光片的光a和不通过ND滤光片的光b的光通量差将有很大的差异，在画面内产生亮度不同的“阴影”现象，存在解像度下降之类的缺点。为了解决该缺点，需要朝向光轴中心采用使ND滤光片的浓度顺次增大透射率这样的构造。

因此，图37是带有现有的光通量光阑装置的摄影光学系统。906A、906B、906C、906D是构成摄影光学系统906的透镜，907是固体摄像元件，908是低通滤波器。而自911～914则是构成光通量光阑装置的构件，911是ND滤光片，912和913是相对移动的光阑叶片，在纸面垂直方向驱动2片光阑叶片形成近似菱形的开口。ND滤光片连接在光阑叶片912上。914是光阑叶片支持板。

一般的ND滤光片的制作方法有在胶片状的材料(纤维素乙酸盐、PET(涤纶)、氯乙烯等)中混合搅拌吸收光的有机色素或者颜料类型的方法和在上述材料上涂布有机色素或者颜料类型的方法。在这些制造方法中，虽然可以制作浓度均匀的滤光片，但要制作作为同一滤光片内因位置而浓度产生变化型的滤光片的渐变ND滤光片则明显困难。

关于这样的渐变ND滤光片(浓度可变的ND滤光片)，本发明的发明人在日本特开平05-281593号公报(没有对应美国专利)、美国专利2771078、特开平06-175193号公报中提出了利用缩微照相方法的渐变ND滤光片的制作方法等。虽然在当时的视频摄像机中利用该方法制作的ND滤光片提高了图像的质量，但根据近年来的CCD的进一步高灵敏度化、小型化、特别是在与高图像质量对应的特殊条件下的使用(例如逆光下的小口径光阑状态)中，存在因银盐粒子导致的光的散射造成的影响劣化像质的现象。

此外，在日本特开平11-38206号公报(没有对应美国专利)中，公开了利用真空蒸镀法形成椭圆形渐变ND滤光片的制造方法。在该方法中，存在不能进行一些微小区域(例如在3mm的范围透射率从3％到80％的变化)的浓度变化的缺点。

另外，作为对应上述高像质的对策，通过在多个光阑叶片上连接单一浓度的ND滤光片并对之进行驱动，由于尽管是单一浓度的ND滤光片但却具有多个重叠的部分和不重叠的部分，故可以使其浓度变化。但是，在该方法中，由于增加渐变ND滤光片的片数将导致成本上升以及因光阑叶片上存在多片ND滤光片而造成厚度变厚，故存在不能对应近年来的小型化和省空间化等的缺点。

进而，虽然近年来已经开始使用台阶式的多浓度ND滤光片，但如果在浓度不同的区域改变光路长，则可知其对应部分透射相位将产生变化而引起像质的劣化(解像度降低)。该像质的劣化在其透射相位差为λ/2时达到最大，比较良好的是在透射相位差介于λ/4～λ/8之间时(λ：540nm)。要解决这样的现象将需要增加校正光路长的层。

发明内容

因此，本发明之目的在于提供可以不产生因光的散射导致的像质的劣化地对应高像质化，且在各个浓度区域分光特性平坦、低反射率、可以校正因膜厚连续地变化所导致的光路长不同引起的透射相位差的渐变ND滤光片的制造方法。此外，提供利用上述制造方法制造的渐变ND滤光片、带有该渐变ND滤光片的光通量光阑装置以及带有该光通量光阑装置的照相机也是本发明之目的。

本发明将提供带有如下这样结构的渐变浓度分布的ND滤光片的制造方法以及ND滤光片乃至于带有这些ND滤光片的光通量光阑装置以及照相机。

一种ND滤光片的制造方法，该ND滤光片在一个基板上具有多个膜，具有以下步骤：边整体地与上述基板一起旋转缝隙型掩模，边形成带有渐变厚度分布的至少一层膜的步骤；不使用上述缝隙型掩模，在上述至少一层膜之上形成最表面层的膜的步骤；以及以110℃到130℃的温度在空气中热处理成膜后的基板的步骤；其中，形成上述最表面层的膜的步骤是形成膜厚固定的膜的步骤。

本发明的其他的种种形态将在后述的具体实施方式中明示。

附图说明

图1所示是在光阑叶片上安装了通过本发明得到的渐变ND滤光片的状态的图；

图2A和图2B是说明本发明的实施例中的渐变ND滤光片制造时的冲孔状态的图，图2A所示是近似三角形状的切割图案的图，图2B所示是被切下的近似三角形状的渐变ND滤光片的结构图；

图3A和图3B是用于说明利用真空蒸镀法的渐变ND滤光片的制造方法时的图，图3A真空蒸镀机的腔内的构成图，图3B是基板的放大图；

图4A、图4B和图4C所示是本发明的实施形态以及实施例中所使用的缝隙型掩模和掩模形状的图；

图5A、图5B和图5C-1、图5C-2所示是利用本发明的实施形态中的缝隙型掩模的膜厚分布模拟例的图；

图6所示是用于说明本发明的实施形态以及实施例等的蒸镀ND滤光片的膜构成的图；

图7给出的是本发明的实施例中的距离与膜厚(从第1层直到最表面层之前)的关系曲线；

图8给出的是本发明的实施例中的距离与膜厚(第9层)的关系曲线；

图9给出的是本发明的实施例中的距离与透射率的关系曲线；

图10给出的是本发明的实施例中的距离与反射率的关系曲线；

图11给出的是本发明的实施例中的分光透射率的曲线；

图12给出的是本发明的实施例中的分光反射率的曲线；

图13给出的是比较例中的距离与膜厚(从第1层到最后一层)的关系曲线；

图14给出的是比较例中的距离与反射率的关系曲线；

图15给出的是比较例中的分光反射率的曲线；

图16A是从上面看到设置在本发明的实施例的第1层的成膜时的基板上的缝隙掩模的图；图16B是从箭头16B方向看到的图16A的图，给出的是通过在缝隙掩模和基板上设置空间来附加第1层膜的方法的图。图16C是从上面看到的设置在从本实施例的第2层直到最表面层之前的成膜时的基板上的缝隙掩模的图；图16D是从箭头16C方向看到的图16C的图，给出的是通过在缝隙掩模和基板上设置空间来附加从第2层直到最表面层之前的膜层的方法的图；

图17给出的是本发明的实施例中的渐变ND滤光片和对应于该渐变ND滤光片的各膜厚的状态的图；

图18给出的是本发明的实施例中的距离与透射率的关系曲线；

图19给出的是本发明的实施例中的距离与反射率的关系曲线；

图20给出的是本发明的实施例中的分光透射率的曲线；

图21给出的是本发明的实施例中的分光反射率的曲线；

图22A、图22B以及图22C所示是在本发明的实施例中使用的缝隙型掩模和掩模形状的图；

图23A、图23B和图23C-1、图23C-2所示是利用本发明的实施形态中的缝隙型掩模的膜厚分布模拟例的图；

图24A和图24B所示是在本发明的实施例中做成理想的渐变透过·浓度分布的图；

图25A、图25B和图25C、图25D、图25E所示是使用了本发明的实施例中的梳齿形的缝隙掩模的模拟例的图，图25A是梳齿形的缝隙掩模的形状，图25B和图25C是将缝隙掩模做成了梳齿形时的膜厚分布的模拟例，图25D是直线型的缝隙掩模，图25E是将缝隙掩模做成了直线型时的膜厚分布的模拟例；

图26给出的是本发明的实施例中的距离与膜厚(第9层)的关系曲线；

图27所示是在本发明的实施例中使用的使之台阶地变化的网点状掩模的图；

图28所示是在本发明的实施例中使用的使之台阶地变化的网点状掩模的图；

图29所示是用于说明本发明的实施例以及比较例的PET基底和掩模的设置方法的概略图；

图30是本发明的实施例中的膜厚变化特性图；

图31是本发明的实施例中的透射率特性图；

图32是本发明的实施例中的反射率特性图；

图33是比较例中的膜厚变化特性图；

图34是比较例中的反射率特性图；

图35所示是比较例中的分光反射率的图；

图36是比较例中的反射率特性图；

图37给出的是用于说明现有技术的在视频摄像机中使用的摄影光学系统的图。

具体实施方式

下面，使用具体的实施例说明本发明，但本发明并非因下面的某一个实施例而受任何的限定。特别是在下面的图3A、图3B的说明中，作为渐变ND滤光片的成膜方法，取使用了真空蒸镀法的情况为例进行了说明，但本发明使用溅射法、喷墨打印法、喷涂法等各种成膜方法都可以得到同样的效果。

<实施例1>

图3A是为说明本发明的后述的各实施形态而作为一例使用的真空蒸镀机(真空镀膜机)的腔内的原理图。图3B是基板的放大图。在图3A、图3B中，101是蒸镀伞，102是实施成膜的基板，103是蒸镀源，104是进行成膜的基底，105是用于固定基底104的基板夹具。

此外，在本实施形态中说明的基板102为图3B所示那样，给出的是在基板夹具105上设置了基底104的状态。

图4A至图4C所示是为说明本实施例而作为一例使用的带有缝隙型掩模形状的缝隙型掩模的图，图4A中，106是缝隙型掩模，107是缝隙型掩模中的缝隙间的宽度，108是基板与缝隙型掩模的距离。图4A给出的是标准型的掩模形状，图4B给出是锯齿形的掩模形状，图4C给出的是梳型的掩模形状。

在本实施例使用的真空蒸镀法中，如图3A、图3B那样，腔内的基板配备在蒸镀伞101上，与该蒸镀伞101一起旋转基板102进行成膜。通过在该基板102的成膜侧设置如图4A所示那样的缝隙型的掩模，可以根据蒸发源103和基板102的位置关系，使蒸发的蒸镀粒子通过缝隙到达基板102，或者受到缝隙型掩模的遮掩而达不到基板102，获得图5A所示那样的膜厚分布。

图5A为实际中使用图4A所示的缝隙型掩模实施了膜厚分布模拟的结果，图5B所示是作为图5A的参数的基板上的位置Δx的说明图，图5C-1所示是蒸镀伞中的位置的鸟瞰图，图5C-2所示是蒸镀伞中的位置的断面图。109是蒸镀伞101中的基板位置。

图5A给出的膜厚分布当然也因蒸镀伞中的基板位置109、或掩模的缝隙间的宽度107、或基板和掩模的距离108等而不同。该情况如图5A所示的那样，根据蒸镀伞中的基板位置109从膜厚分布不一致的结果考虑也可以明确这种情况。因而，通过相反地调整掩模的缝隙间的宽度107或基板与掩模的距离108，成膜在基板上的薄膜将可以得到任意渐变的膜厚分布。如果说到增加膜厚，由于膜的浓度变浓意味着透射率下降，故所谓的得到任意的膜厚分布，换言之就是说得到作为本发明之目的的任意的渐变浓度分布。

此外，用于制作这样的任意的渐变浓度分布的缝隙型掩模的形状在本实施例中使用的是图4A所示那样形状的缝隙型掩模，并与图5A中的模拟结果一起进行了说明，但实际中如图4A、图4C所示的那样，可以是锯齿形或者梳型，即，可以根据希望制作的ND滤光片的渐变浓度分布使用各种各样的掩模形状。

下面，使用实施例1-a进一步具体说明实施例1。

<实施例1-a>

在本实施例中，首先在材质厚度75μm的塑料基底(下面记为PET基底)上利用真空蒸镀法如下面这样形成了图6所示的膜构成中从第1层到最表面层之前的层。

在本实施例中，使用了图4A所示的标准型缝隙掩模，并如同图所示的那样进行了配置。

此外，作为膜生成方法，因为要求能够较容易地控制膜厚且在可见区域的波长范围其散射非常地小，故选择了真空蒸镀法。

另外，作为基底的材质，要求耐热性(玻化温度Tg)高，在可见区域的波长范围透明性高以及吸水率低，故选择了PET。

然后，取下缝隙掩模，按光学膜厚n×d(n为折射率，d为机械膜厚)，以1/4λ(λ：540nm)的条件固定膜厚地成膜了最表面层。该最表面层的膜的折射率n在可见区域的波长范围选择了1.5以下的折射率。具体言之就是使用了MgF₂。

如以上这样，在从第1层一直成膜到了最表面层后，在110℃的温度下，在空气中进行了1小时的热处理。之所以选择了110℃是因为在不足110℃时环境稳定性的效果不充分，如果超过130℃则产生基底的热的劣化而在膜上产生出现裂纹等问题。因而，热处理的温度在110℃～130℃之间较为适当。

为了检查其环境稳定性，对做成了的多层膜进行了60℃、85％、240小时的放置试验，通过测量放置前后的透射率，其差达到0.2％以下，几乎不能看出其差别。作为参考，对没有进行热处理的多层膜也进行了同样的环境试验，测量试验前后的透射率可知，其前后增加了2％。

作为引起这样的现象的主要原因，可以认为真空蒸镀时的基板温度低。一般认为是成膜时的基板温度较大地影响膜的密封密度，如果温度低则密封密度变低，容易透过水分·氧等，因而可能促进作为吸收膜的TixOy本身的氧化，以及保护该膜层的Al₂O₃膜等电介质膜的保护效果小这两方面的影响导致了透射率上升的现象。之所以进行热处理可以提高环境稳定性，可以认为是“老化效应”。

通常，在使用玻璃基板时，基板温度加热到200℃～250℃，最好加热到300℃前后再进行成膜。

但是，如本次这样，在基板是塑料时，需要以基板不产生热收缩的温度进行成膜，故其基板温度被控制在不足150℃。

膜厚分布如图5A所示的那样，得到了与模拟结果近似等同的结果。不过，第1层到第8层的是分布，而最表面层则是固定膜厚。

将形成了采用这样方法做成了多层膜的塑料基板制作成图2A所示那样的图案，切割成近似三角形的形状，这样便这样便完成渐变ND滤光片。在将该渐变ND滤光片适用于光通量光阑装置时，如图1所示的那样，在光通量光阑装置的光阑叶片2上粘贴渐变ND滤光片成为图1的状态。光阑装置是与用图37说明过的光阑装置同样的装置，配备有可通过相对驱动改变光阑开口的大小的多个光阑叶片。渐变ND滤光片为如图2B那样，0是端面部，由此开始直到X1、X2、X3为浓度变化区域。X3到X4形成浓度最浓的均匀浓度。X4到X5是用于在叶片上连接滤光片的连接区域。

在本实施例中，距离(X)和膜厚之间的关系在自第1层到第8层中为图7所示的那样，对于第9层中为图8所示的那样。此外，距离(X)和透射率、距离(X)和反射率的关系为图9、10所示的那样。

进而，分光透射率为图11所示的那样，分光反射率为图12所示的那样。

因而，得到了缝隙宽度为0.02m、掩模与基板的浮起距离为0.01m的结果。

距离(X)和膜厚的关系如图7那样顺次变厚，但概略地说，其变化的方法具有如果加宽缝隙宽度则倾斜变缓，如果增加浮起距离则增加均匀浓度区域的倾向。利用这2个参数可以进行期望的倾斜状态、均匀浓度的区域的控制。

进而，通过如图4B、图4C那样将缝隙由直线型做成锯齿形、梳齿形，可以进行更为细腻的控制。例如，在希望较长地获得下摆时，采用锯齿形的缝隙更有利。

根据以上所说明过的实施例，在各浓度中可以进行分光特性平坦的渐变ND滤光片的制作，可以对应对渐变的变化的各种各样的需求。

此外，通过在蒸镀后进行热处理，可以提高环境稳定性。

另外，可以抑制在部分地变化膜厚时产生的、因防反射条件的变化而引起的反射率的增大，通过采用该渐变ND滤光片，可以得到进一步提高光通量的均匀性的光阑装置，实现可对应高像质的要求的光阑装置。

下面对实施例1-a的比较例进行说明。

<比较例1>

相对于实施例1-a，比较例是仅改变了最表面层的结构的例子。在实施例1-a中，使用缝隙掩模成膜最表面层以外的层，最表面层则不使用缝隙掩模地形成了固定膜厚的层。与之相反，本比较例则是所有的层都使用缝隙掩模进行了成膜的例子。

在比较例中，在材质厚度75μm的PET基底上利用真空蒸镀法变化从第1层一直到第9层的最表面层的所有的层的各膜厚，如下面这样形成了图6所示的膜结构。

最表面层按光学膜厚n×d(n为折射率，d为机械膜厚)，以1/4λ(λ：540nm)进行了成膜。该最表面层的膜的折射率n在可见区域的波长范围选择了1.5以下的折射率。具体言之就是使用了MgF₂。

掩模使用了图4A所示的标准型，并如同图所示的那样配置了缝隙掩模。

在如以上这样从第1层一直成膜到了最表面层后，在110℃的温度下，在空气中进行了1小时的热处理。选择110℃的理由与实施例1相同。

此外，为了检查其环境稳定性，与上述实施例同样地对上述塑料ND滤光片进行了60℃、85％、240小时的放置试验，得到了与上述实施例同样的结果。另外，膜厚分布也如图5A所示那样得到了与模拟结果近似等同的结果。

在本比较例中，距离(X)和膜厚的关系在自第1层到第9层中为图13所示的那样。此外，距离(X)和透射率、距离(X)和反射率的关系为图9、图14所示的那样。

进而，分光透射率、分光反射率分别为图11、图15所示的那样。因而，得到了缝隙宽度为0.02m、掩模与基板的浮起距离为0.01m的结果。

如比较例这样，如果使全层膜厚变化则将不能吻合防反射条件，导致反射率的上升，从而产生像质上的“鬼像现象”“散斑现象”。

下面，对实施例1-b进行说明。

<实施例1-b>

本实施例是进一步改良了实施例1的实施例。

下面对本发明的实施例进行说明。图16A是从上面看到的在基板上设置了缝隙掩模的状态的图，图16B是从箭头16B方向看到的图。在本实施例中，首先在材质厚度75μm的塑料基底(下面记为PET基底)上利用真空蒸镀法如下面这样形成了图7所示的膜结构中其第1层。

在本实施例中，使用了图4A所示的标准型缝隙掩模，并如图16A和16B所示的那样进行了配置。同图中，302是PET基板，303是成膜夹具。

如图这样，通过离开基板302设定掩模301，可以使第1层的膜形成如图16B的304所示那样的膜厚分布。此时的膜厚设定为消除了由浓度分布产生的相位差的膜厚。

而后，取下该缝隙掩模301，使用另外的缝隙掩模301’成膜了第2层直到最表面层之前的层。图16C是从上面看到的在基板上设置了缝隙掩模的状态的图，图16D是从箭头16D方向看到的图。这样，从第2层直到最表面层之前的膜为图16D的305所示那样的膜厚分布。

最后，取下缝隙掩模301’，按光学膜厚n×d(n为折射率，d为机械膜厚)以1/4λ(λ：540nm)的条件固定膜厚地成膜了最表面层。该最表面层的膜的折射率n在可见区域的波长范围选择了1.5以下的折射率。具体地言之就是使用了MgF₂。

如以上这样，在从第1层一直成膜到了最表面层后，在110℃的温度下，在空气中进行了1小时的热处理。之所以选择了110℃，是因为在不足110℃时环境稳定性的效果不充分，如果超过130℃则产生基底的热的劣化而在膜上产生出现裂纹等问题。因而，热处理的温度在110℃～130℃之间较为适当。

为了检查其环境稳定性，对做成了的多层膜进行了60℃、85％、240小时的放置试验，通过测量试验前后的透射率，其差达到0.2％以下，几乎不能看出其差别。作为参考，对没有进行热处理的多层膜进行了同样的环境试验，测量试验前后的透射率可知，其前后增加了2％。

作为引起这样的现象的主要原因，可以列举真空蒸镀时的基板温度低。一般认为，是成膜时的基板温度较大地影响膜的密封密度，如果温度低则密封密度变低，容易透过水分·氧等，因而可能促进作为吸收膜的TixOy本身的氧化，以及保护该膜层的Al₂O₃膜等电介质膜的保护效果少这两方面的影响导致了透射率上升的现象。之所以进行热处理便可以提高环境稳定性，可以认为是“老化效应”。

将形成了采用这样方法做成了多层膜的塑料基板制作成图2A所示那样的图案，切割成近似三角形的形状，这样便完成了渐变ND滤光片。在将该渐变ND滤光片适用于光通量光阑装置时，如图1所示的那样，在光通量光阑装置的光阑叶片2上粘贴渐变ND滤光片成为图1的状态。光阑装置是与用图37说明过的光阑装置同样的装置，配备有可通过相对驱动改变光阑开口的大小的多个光阑叶片。渐变ND滤光片为如图2B那样，0是端面部，由此开始直到X1、X2、X3为浓度变化区域。X3到X4形成浓度最浓的均匀浓度。X4到X5为用于在叶片上连接滤光片的连接区域。

此时的距离(X)和膜厚的关系为图17所示的那样。

首先，对第2层到最表面层之前的膜层进行叙述。

在0、X1、X2、X3区域连续地增加各自的膜厚。其变化的方法可以用上述缝隙掩模的缝隙宽度和基板与缝隙间的空间设定成期望的图案。

在X3、X4、X5区域，为了得到固定浓度，各膜厚也是固定膜厚。其次，虽然是最表面层膜，但因其也是兼备防反射·环境稳定性的膜，故按光学膜厚n×d在1/4λ(λ＝500～600nm)和直到0～X5的区域为固定膜厚。

此外，第1层膜在0、X1、X2、X3区域与第2层直到最表面层之前的膜层相反，是连续地减少膜厚。概略地说，其变化的方法具有如果加宽缝隙宽度则倾斜变缓，如果增加浮起距离则增加均匀浓度区域的倾向。

第1层的膜厚设定为校正自第2层一直到最表面层之前的膜厚变化的膜厚。利用这2个参数可以进行期望的倾斜状态、均匀浓度的区域的控制。

通过进行这样的膜构成，可以校正对应0、X1、X2、X3区域的连续地变化浓度的光路长的差，抑制各个区域的透射相位的变化。其结果使维持高像质成为了可能。

此外，反射率在各个区域也可以做成恒定，抑制了“鬼像”“散斑”现象。

校正光程差的校正层第1层最佳。理由是因为使第1层的膜厚变化对透射率·反射率的分光特性最没有影响。

另外，此时的距离与透射率、距离与反射率的关系为如图18、图19所示的那样。进而，其分光透射率如图20所示那样，其分光反射率如图21所示那样。

因而，得到了缝隙宽度为0.02m、掩模与基板的浮起距离为0.01m的结果。距离和膜厚的关系，其变化的方法具有如果加宽缝隙宽度则倾斜变缓，如果增加浮起距离则增加均匀浓度区域的倾向。利用这2个参数可以进行期望的倾斜状态、均匀浓度的区域的控制。进而，通过如图4B、图4C那样将缝隙由直线型做成锯齿形、梳齿形，可以进行更为细腻的控制。例如，在希望较长地获得下摆时，采用锯齿形的缝隙更为有利。

根据以上所说明的实施例，在各浓度中可以进行分光特性平坦的渐变ND滤光片的制作，可以满足对渐变的变化的各种各样的需求。此外，通过在蒸镀后进行热处理，可以提高环境稳定性。另外，可以抑制在部分地变化膜厚时产生的、因防反射条件的变化而引起的反射率的增大，校正因膜厚连续地变化导致的光程长的不同所引起的透射相位差，实现可对应高像质的要求的光阑装置。

下面对实施例1-c进行说明，实施例1-c是进一步改良了实施例1的例子。

<实施例1-c>

在本实施形态使用的真空蒸镀法中，如图3A、图3B那样，腔内的基板102配备在蒸镀伞101上，与该蒸镀伞101一起旋转基板102进行成膜。通过在该基板102的成膜侧设置如图22A所示那样的锯齿形状的缝隙型的掩模106，可以根据蒸发源103和基板102的位置关系，使蒸发的蒸镀粒子通过缝隙到达基板102，或者受到缝隙型掩模的遮掩而达不到基板102，获得图23A所示那样的膜厚分布。

在此，我们说明在缝隙型掩模上使用了图22A到图22C所示那样的锯齿形形状的理由。

根据所希望做成的浓度分布，在缝隙型掩模上使用的掩模形状方面我们预想了各种各样的情况，但在本实施例中作为目的的浓度分布是透射率顺次变小或者变大这样的渐变浓度分布。如果考虑ND滤光片的用途，则这样的浓度分布被认为是最普通的规格。具体言之就是具有如用图24A给出的那样的透射特性的分布。为了做成满足该规格的ND滤光片，需要得到用图24B给出的那样的浓度分布。为了使浓度和膜厚存在线性的关系，换言之，可以说是需要得到图24B所示那样的浓度分布。

图25A是梳齿形状的缝隙型掩模形状，图25B、25C是将缝隙掩模做成了梳齿形时的膜厚分布的模拟例，图25D是直线型的缝隙掩模，图25E是将缝隙掩模做成了直线型时的膜厚分布的模拟例。

如由模拟结果可知的那样，在用图25D给出的那样的直线型的掩模中，如图25E所示的那样，膜厚分布的下摆部分膨胀立起，不能得到图24B所示的那样的膜厚分布。为了改善这一现象，与直线型相比，如果使用重叠的影响大的图25A所示那样的梳齿形的掩模，则如图25B那样产生变极点，为了解决该问题，需要充分地取得基板和掩模的距离，但如果加大该距离，则如图25C那样，在膜厚的最大值的分布上产生起伏。进而，在梳齿形的形状中，基板上Δy轴方向的膜厚分布将达不到固定地极端起伏，故一般难以将之收纳在规格内。

与之相反，如果是锯齿形状的缝隙掩模形状的话，则可以用与梳齿形掩模同样的设想使膜厚分布的下摆部分的立起得到接近于图24B那样的改善，进而，与梳齿形相比，由于向基板上Δy轴方向的重叠是均匀的，故可以解决这些问题。关于Δy轴方向的膜厚分布，虽然即使是锯齿形也不能够与梳齿形同样地做到完全的固定，但如前述的那样，由于与锯齿形掩模相比朝向Δy轴方向的重叠接近于均匀，故通过最佳地设定基板和缝隙型掩模的距离以及缝隙的宽度等，可以在满足规格方面得到足够的结果。

图23A是实际中使用图22A所示的锯齿·直线型的缝隙掩模实施了膜厚分布模拟的结果，图23B是作为图23A的参数的基板上的位置Δx的说明图，图23C-1所示是蒸镀伞中的位置的鸟瞰图，图23C-2所示是蒸镀伞101中的位置的断面图。109是蒸镀伞101中的基板位置。

图23A给出的膜厚分布当然也因蒸镀伞中的基板位置109、或掩模的缝隙间的宽度107、或基板和掩模的距离108、掩模形状等而不同。因而，通过相反地调整掩模的缝隙间的宽度107、或基板和掩模的距离108、掩模形状等，在基板上的形成的薄膜将可以得到任意渐变的膜厚分布。

如果说到增加膜厚的问题，则由于膜的浓度变浓意味着透射率下降，故所谓的得到任意的膜厚分布，换言之便可以说是得到作为本发明之目的任意的渐变浓度分布。

此外，用于制作这样的任意的渐变浓度分布的缝隙型掩模的形状在本实施例中使用的是图22A所示那样形状的锯齿·直线型的缝隙型掩模，并与图23A中的模拟结果一起进行了说明，但实际中如图22A、图22C所示的那样，锯齿的形状不但可以是直线的，也可以考虑是曲线状的，有关直线以及曲线中的变化的比例也可以考虑各种各样的情况。进而，虽然图22A给出的掩模形状例相对于一个凸部为左右对称的形状，但未必需要就是如此，也可以考虑非对称的情况，可以根据希望制作的ND滤光片的渐变浓度分布预想多种多样的情况。

通过使用在以上的本实施样态中说明过的锯齿形状的缝隙掩模，可以在各浓度中进行分光特性平坦的渐变ND滤光片的制作，可以对应对渐变的变化的各种各样的需求。进而，通过在蒸镀后进行热处理，还可以提高环境稳定性。

另外，可以抑制在部分地变化膜厚时产生的、因防反射条件的变化而引起的反射率的增大，通过采用这样的渐变ND滤光片，可以得到提高了光通量的均匀性的光阑装置，使获得可对应高像质要求的光阑装置成为了可能。

下面，更为具体地说明本实施例。

在本实施例中，首先在材质厚度75μm的塑料基底(下面记为PET基底)上利用真空蒸镀法如同图这样，交互地堆叠Al₂O₃·TixOy，形成了图6所示的膜结构中从第1层到最表面层之前的层。在本实施例中，缝隙掩模使用了其形状为图22A所示的锯齿·直线型，并如同图所示的那样进行了配置。此外，作为膜生成方法，因为要求能够较容易地控制膜厚且在可见区域的波长范围其散射非常地小，故选择了真空蒸镀法。

接着，取下缝隙掩模，按光学膜厚n×d(n为折射率，d为机械膜厚)，以1/4λ(λ：540nm)的条件固定膜厚地成膜了最表面层。该最表面层的膜的折射率n在可见区域的波长范围选择了1.5以下的折射率。具体言之就是使用了MgF₂。

如以上这样，在从第1层一直成膜到了最表面层后，在110℃的温度下，在空气中进行了1小时的热处理。之所以选择了110℃是因为在不足110℃时环境稳定性的效果不充分，如果超过130℃则产生基底的热的劣化而在膜上出现裂纹等问题。因而，热处理的温度在110℃～130℃之间较为适当。

为了检查其环境稳定性，对上述塑料ND滤光片进行了60℃、85％、240小时的放置试验，通过测量试验前后的透射率，其差达到0.2％以下，几乎不能看出其差别。作为参考，对没有进行热处理的塑料ND滤光片进行了同样的环境试验，测量试验前后的透射率可知，其前后增加了2％。

作为引起这样的现象的主要原因，可以列举真空蒸镀时的基板温度低。一般认为，是成膜时的基板温度较大地影响膜的密封密度，如果温度低则密封密度变低，容易透过水分·氧等，因而可能促进作为吸收膜的TixOy本身的氧化，以及保护该膜层的Al₂O₃膜等电介质膜的保护效果少这两方面的影响导致了透射率上升的现象。之所以进行热处理便能够提高环境稳定性，可以认为是“老化效应”。

膜厚分布如图23A所示的那样，得到了与模拟结果近似等同的结果。不过，第1层到第8层的是分布，而最表面层则是固定膜厚。

将形成了采用这样方法做成了多层膜的塑料基板制作成图2A所示那样的图案，切割成近似三角形的形状，这样便完成了渐变ND滤光片。在将该渐变ND滤光片适用于光通量光阑装置时，如图1所示的那样，在光通量光阑装置的光阑叶片2上粘贴渐变ND滤光片-1成为图1的状态。光阑装置是与用图37说明过的光阑装置同样的装置，配备有可通过相对驱动改变光阑开口的大小的多个光阑叶片。渐变ND滤光片为如图2B那样，0是端面部，由此开始直到X1、X2、X3为浓度变化区域。X3到X4形成浓度最浓的均匀浓度。X4到X5是用于在叶片上连接滤光片的连接区域。

在本实施例中，距离(X)和膜厚的结构在自第1层到第8层中为图7所示的那样，对于第9层中为图26所示的那样。

此外，距离(X)和透射率、距离(X)和反射率的关系为图9、10所示的那样。

因而，得到的是缝隙宽度为0.05m、掩模与基板的浮起距离为0.01而、锯齿的长度为0.0075m、锯齿的宽度为0.0003m的结果。

距离(X)和膜厚的关系为如图7那样地顺次变厚，但概略地说，其变化的方法具有如果加宽缝隙宽度则倾斜变缓，如果增加浮起距离则增加均匀浓度区域的倾向。利用这2个参数和加上图22A到图22C所示那样的锯齿形状、锯齿的长度112和锯齿的宽度113共5个参数，可以进行期望的倾斜状态、均匀浓度的区域的控制。

下面对作为实施例1-c的比较例的比较例2进行说明。

<比较例2>

相对于实施例1-c，比较例2是仅改变了最表面层的结构的例子。在实施例1-c中，使用锯齿·直线型掩模成膜最表面层以外的层，最表面层则不使用锯齿·直线型掩模地形成了固定膜厚的层。与之相反，本比较例是所有的层都使用锯齿·直线型掩模进行了成膜的例子。

与实施例1-c同样地在材质厚度75μm的PET基底上利用真空蒸镀法成膜了图6所示的膜结构的第1层一直到第9层的膜。

如图22A所示的那样配置了锯齿·直线型掩模。

在如以上这样从第1层一直成膜到了最表面层后，在110℃的温度下，在空气中进行了1小时的热处理。选择了110℃的理由与实施例相同。

此外，为了检查其环境稳定性，与上述实施例同样地对上述塑料ND滤光片进行了60℃、85％、240小时的放置试验，得到了与上述实施例同样的结果。另外，膜厚分布也如图23A所示那样得到了与模拟结果近似等同的结果。

在本比较例中，距离(X)和膜厚的关系为图13所示的那样。此外，此时的距离和透射率、距离和反射率的关系为图9、图15所示的那样。

进而，分光透射率、分光反射率分别为图11、图17所示的那样。因而，得到了缝隙宽度为0.05m、掩模与基板的浮起距离为0.01m、锯齿的长度为0.0075m、锯齿的宽度为0.0003m的结果。

如比较例这样，如果变化全层膜厚将不能吻合防反射条件，导致反射率的上升，从而产生像质上的“鬼像现象”“散斑现象”。

下面对实施例2进行说明。

<实施例2>

在进行本实施例的渐变ND滤光片的制造时，使用利用了蒸镀法·溅射法等真空成膜方法·喷墨打印法·喷涂法等膜生成方法。其步骤是，为了形成ND滤光片中的浓度变化图案，首先在膜生成源(蒸镀源·喷墨打印头·喷枪)和ND滤光片的塑料基底之间设置网点状掩模，并从第1层一直成膜到最表面层之前的一层。而后，不设置网点状掩模地成膜最表面层。通过这样的过程，可以做成可对应高像质化的浓度可变型(渐变型)的ND滤光片。

具体言之就是例如，膜生成方法使用真空蒸镀法，在较塑料基板浮起1mm～50mm的范围设置在塑料基板上台阶地、或者无台阶变化地形成了网点状的图案的孔径和孔的中心间的距离的网点状掩模，使用至少2种以上的膜台阶地或者连续地成膜从第1层一直到最表面层之前的变化膜厚的膜。

例如，在使用真空蒸镀法时，可以通过在基板的成膜侧设置如图27或者图28所示那样的网点状的图案的孔径和孔的中心间的距离台阶地、或者无台阶地变化的掩模，并根据它们的位置关系等在上述基板上成膜膜厚分布不同的膜。

这样的膜厚分布的变化如上述这样因网点状的图案的孔径和孔的中心间的距离台阶地、或者无台阶地变化等的掩模形状、或者基板与掩模的距离等而不同。因而，通过调整上述掩模中的网点状的图案的孔径和孔的中心间的距离或者基板与掩模的距离等，可以在基板上成膜带有任意的膜厚分布的ND滤光片。这里，如果提到增加膜厚，则意味着膜的浓度变浓，透射率下降，因而，所谓的可以得到任意的膜厚分布，换言之就意味着可以得到作为本发明之目的的任意的渐变浓度分布。

在如上述这样成膜了膜厚台阶地或者连续地变化的膜后，通过不使用网点状掩模地按光学膜厚(n×d)并以1/4λ(λ：500nm～600nm)成膜在膜的可见光的波长区域由折射率n为1.5以下的材料构成的固定膜厚的最表面层，也可以改善反射特性。

下面，使用实施例2-a、2-b、2-c进一步详细地进行说明。

<实施例2-a>

在本实施例2-a中，首先在材质厚度75μm的塑料基底204(下面记为PET基底)上利用真空蒸镀法如下面这样形成了图6所示的膜结构中从第1层直到最表面层之前的层。

在本实施例中，网点状掩模206使用了图27所示的台阶地变化的掩模，并如图29所示的那样进行了设置。

此时，PET基底和掩模的距离d取为30mm。

然后，取下网点状掩模，按光学膜厚n×d(n为折射率，d为机械膜厚)，以1/4λ(λ：540nm)的条件固定膜厚地成膜了最表面层。该最表面层的膜的折射率n在可见区域的波长范围选择了1.5以下的折射率。具体言之就是使用了MgF₂。

在如以上这样从第1层一直成膜到了最表面层后，在110℃的温度下，在空气中进行了1小时的热处理。之所以选择了110℃是因为在不足110℃时环境稳定性的效果不充分，如果超过130℃则产生基底的热的劣化而在膜上产生出现裂纹等问题。因而，热处理的温度在110℃～130℃之间较为适当。

浓度(D)和透射率(T)的关系具有D＝Log₁₀1/T＝-Log₁₀T的关系。

这里，重要的是网点状掩模的孔径和孔的中心间的距离以及PET基底和掩模的距离d。因为根据网点状掩模的孔径和孔的中心间的距离可以得到所期望的浓度图案，故最好能对应于需要随时选择这些参数。

此外，PET基底与掩模的距离d取1mm到50mm较为适宜。

如果距离d小于1mm，则形成在PET上的浓度图案成为网点状，形成了浓度高的部分和完全没有蒸镀着的PET基底部分，不能达成作为本发明之目的的提高像质的目的。这是因为，为了提高像质，最好采用浓度能够渐渐地变化的图案，但上述情况却是形成了浓度差较大的部分。与之相反，在距离d大于50mm时，膜的重叠区域变大，掩模的形成在PET基底上的浓度图案被均一化，无法得到良好的浓度变化。

为了检查其环境稳定性，对上述塑料ND滤光片进行了60℃、85％、240小时的放置试验，通过测量试验前后的透射率，其差达到0.2％以下，几乎不能看出其差别。作为参考，对没有进行热处理的ND滤光片进行了同样的环境试验，测量试验前后的透射率可知，其前后增加了2％。

作为引起这样的现象的主要原因，可以列举真空蒸镀时的基板温度低。一般认为，由于成膜时的基板温度较大地影响膜的密封密度，如果温度低则密封密度变低，容易透过水分·氧等，因而可能促进作为吸收膜的TixOy本身的氧化，加之保护该膜层的Al₂O₃膜等电介质膜的保护效果少，是这两方面的影响导致了透射率上升的现象。之所以进行热处理便能够提高环境稳定性，可以认为是“老化效应”。

将形成了采用这样方法做成了多层膜的塑料基板制作成图2A所示那样的图案，切割成近似三角形的形状，这样便完成了渐变ND滤光片。在将该渐变ND滤光片适用于光通量光阑装置时，如图1所示的那样，在光通量光阑装置的光阑叶片2上粘贴渐变ND滤光片1成为图1的状态。光阑装置是与用图37说明过的光阑装置同样的装置，配备有可通过相对驱动改变光阑开口的大小的多个光阑叶片。渐变ND滤光片为如图2B那样，0是端面部，由此开始直到X1、X2、X3为浓度变化区域。X3到X4形成浓度最浓的均匀浓度。X4到X5是用于在叶片上连接滤光片的连接区域。

本实施例中，距离(X)和第1层～第8层以及第9层(最表面层)的膜厚的关系为图30、图8所示的那样。

此外，距离(X)和透射率、距离(X)和反射率的关系为图31、32所示的那样。

进而，分光透射率为图11所示的那样，分光反射率为图23A到23C-2所示的那样。

下面对实施例2-b进行说明。

<实施例2-b>

在本实施例2-b中，首先在材质厚度75μm的PET基底上利用真空蒸镀法如下面这样形成了图7所示的膜结构中从第1层直到最表面层之前的层。

在本实施例中，网点状掩模使用了图28所示的连续地变化的掩模，并如图29所示的那样进行了设置。

此时，PET基底和掩模的距离d取为30mm。

此外，因为根据网点状掩模的孔径和孔的中心间的距离可以得到所期望的浓度图案，故有关最好对应于需要选择它们、PET基底与掩模的距离d取1mm到50mm较为适宜等方面也与实施例1相同。

另外，为了检查其环境稳定性，与实施例1同样地对上述塑料ND滤光片进行了60℃、85％、240小时的放置试验并得到了与实施例1同样的结果。

本实施例中，距离(X)和第1层～第8层以及第9层(最表面层)的膜厚的关系为图7、图8所示的那样。

下面对实施例2-c进行说明。

<实施例2-c>

在本实施例2-c中，首先在材质厚度75μm的PET基底上利用真空蒸镀法如下面这样形成了图7所示的膜结构中从第1层直到最表面层之前的层。

此时，PET基底和掩模的距离d取为30mm。

在本实施例中，没有进行实施例2-a以及实施例2-b中的此后的在空气中的热处理。

为了检查其环境稳定性，对上述塑料ND滤光片进行了60℃、85％、240小时的放置试验，测量试验前后的透射率可知，透射率上升了1.0％到3.0％左右。

作为环境试验前后的变化较大的理由，可以列举真空蒸镀时的基板温度低。一般认为，由于成膜时的基板温度较大地影响膜的密封密度，如果温度低则密封密度变低，容易透过水分·氧等，因而可能促进作为吸收膜的TixOy本身的氧化，以及减少保护该膜层的Al₂O₃膜等电介质膜的保护效果，是这两方面的影响导致了透射率上升。

下面，对作为实施例2-a、实施例2-b、实施例2-c的比较例的比较例3、4进行说明。

<比较例3>

在比较例3，是在材质厚度75μm的PET基底上利用真空蒸镀法台阶地变化从第1层一直到第9层的最表面层的所有的层的各膜厚，形成了图6所示的膜结构。

在本比较例中，网点状掩模使用了图27所示的台阶地变化的掩模，并如图29所示的那样进行了设置。

此时，PET基底和掩模的距离d取为30mm。

在本比较例中，距离(X)和第1层～第8层以及第9层(最表面层)的膜厚的关系为图33所示的那样。如该图33所示的那样，如果也包含最表面层台阶地使各膜厚变化，则引起反射率增大，作为像质的劣化将产生“鬼像”“散斑”现象。

此外，距离(X)和透射率、距离(X)和反射率的关系为图31、34所示的那样。

进而，分光透射率为图11所示的那样，分光反射率为图35所示的那样。

<比较例4>

在比较例4中，是在材质厚度75μm的PET基底上利用真空蒸镀法台阶地变化从第1层一直到第9层的最表面层的所有的层的各膜厚，形成了图7所示的膜结构。

在本比较例中，网点状掩模使用了图28所示的连续地变化的掩模，并如图29所示的那样进行了设置。

此时，PET基底和掩模的距离d取为30mm。

在本比较例中，距离(X)和第1层～第8层以及第9层(最表面层)的膜厚的关系为图13所示的那样。如该图13所示的那样，如果也包含最表面层连续地使各膜厚变化，则引起反射率增大，作为像质的劣化将产生“鬼像”“散斑”现象。

此外，距离(X)和透射率、距离(X)和反射率的关系为图9、36所示的那样。

进而，分光透射率为图11所示的那样，分光反射率为图17所示的那样。

如以上说明过的那样，在第1层到最表面层之前台阶地或者连续地使膜厚变化，只有最表面层的膜厚使用折射率n在可见光区域的波长区域为1.5以下的膜，通过按光学膜厚固定值在1/4λ(λ＝500nm～600nm)，可以降低反射率。

通常，如果设所使用的波长为λ，则单层膜的防反射条件是光学膜厚1/4λ。膜的折射率小的材料可以降低反射率。

本次的情况是自第1层一直到最表面层之前的各个膜厚台阶地或者连续地变化的情况，最表面层的最佳膜厚按光学膜厚n×d在1/4λ(λ＝500nm～600nm)最为适当。如果脱离该范围则反射率将上升。

以上，使用实施例说明了本发明，按照本发明，可以实现不产生因光的散射引起的像质的劣化地、带有可对应高像质化的低成本的渐变浓度分布的ND滤光片的制造方法以及ND滤光片乃至于带有这些ND滤光片且可以谋求提高光通量的均匀性的光通量光阑装置以及照相机。

Claims

1.一种ND滤光片的制造方法，该ND滤光片在一个基板上具有多个膜，特征在于，包括以下步骤：

边整体地与上述基板一起旋转缝隙型掩模，边形成带有渐变厚度分布的至少一层膜的步骤；

不使用上述缝隙型掩模，在上述至少一层膜之上形成最表面层的膜的步骤；以及

以110℃到130℃的温度在空气中热处理成膜后的基板的步骤；

其中，形成上述最表面层的膜的步骤是形成膜厚固定的膜的步骤。

2.根据权利要求1所记述的ND滤光片的制造方法，其特征在于，形成上述最表面层的膜的步骤是形成光学膜厚n×d为1/4λ的膜的步骤，其中，n是折射率，d是机械膜厚，λ是入射光波长。

3.根据权利要求1所记述的ND滤光片的制造方法，其特征在于，形成上述最表面层以外的膜的步骤包括以下的子步骤：

边整体地与上述基板一起旋转第1缝隙型掩模，边形成带有渐变厚度分布的第1层的膜层的步骤；

边整体地与上述基板一起旋转与上述第1缝隙型掩模错开了位置的第2缝隙型掩模，边形成带有与上述第1层相反方向的渐变厚度分布的第2层膜层的步骤。

4.根据权利要求1所记述的ND滤光片的制造方法，其特征在于，上述缝隙型掩模是锯齿形的形状。

5.根据权利要求1所记述的ND滤光片的制造方法，其特征在于，上述缝隙型掩模是带有网点状的图案的掩模。

6.根据权利要求5所记述的ND滤光片的制造方法，其特征在于，上述带有网点状的图案的掩模其网点状的图案的孔径台阶地或者无台阶地变化。

7.根据权利要求5所记述的ND滤光片的制造方法，其特征在于，上述带有网点状的图案的掩模其网点状的图案的中心间的距离台阶地或者无台阶地变化。

8.根据权利要求5所记述的ND滤光片的制造方法，其特征在于，使用带有网点状的图案的掩模，其中掩模与基板的距离设定在1mm～50mm的范围。

9.一种光通量光阑装置，包括ND滤光片、以及多个光阑叶片，上述多个光阑叶片包括其上固定了上述ND滤光片的光阑叶片，上述多个光阑叶片进行相对驱动来改变光阑开口的大小；

上述ND滤光片包括：

基板，

形成在上述基板上且带有渐变厚度分布的至少1层的膜，以及

形成在上述带有渐变厚度分布的膜之上的最表面层的膜；

上述最表面层的膜的膜厚是固定的。

10.一种照相机，包括光学系统和限制通过上述光学系统的光通量的光通量光阑装置；

上述光通量光阑装置包括ND滤光片、以及多个光阑叶片，上述多个光阑叶片包括其上固定了上述ND滤光片的光阑叶片，上述多个光阑叶片进行相对驱动来改变光阑开口的大小；

上述ND滤光片包括：

基板，

形成在上述基板上且带有渐变厚度分布的至少1层的膜，以及

形成在上述带有渐变厚度分布的膜之上的最表面层的膜；

上述最表面层的膜的膜厚是固定的。